熱波顕微鏡システムによる透明電極－高分子基材の同時熱物性評価法の開発

• 研究課題/領域番号: 16K06399
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 国際高等専門学校
• 研究代表者: 南出 章幸 国際高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (20259849)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 透明膜 / 熱拡散率 / 熱波 / 熱物性 / 熱波顕微鏡システム / 計測工学 / 熱工学

研究成果の概要

透明電極および透明高分子基材は光吸収率が低いため、従来の光音響顕微鏡では材料内に熱源を形成することが出来なかった。本研究ではこの問題点を解決するために熱波励起の高効率化を検討し、透明電極内に熱源を形成する方法として、バッキング材を利用して透明電極を透過したレーザ光を光学的に不透明なバッキング材で吸収させ、そこで熱波を生成し、透明膜の熱拡散率を推定する方法を理論と実験の両面から検討した。
照射レーザ光の変調周波数を変化し、発生した信号位相を測定することで、透明層の熱拡散率が簡単に測定できた。得られた値は文献値とも一致し、提案した手法が透明膜の簡単な熱拡散率推定法になり得ることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

太陽電池、タッチパネルなどに使われている透明電極は光吸収率が低いため、従来の光音響顕微鏡ではレーザ光吸収による熱源を形成することが困難であり、それらを評価することが難しかった。デバイスの高度化・高集積化をするためには発生熱エネルギーの除去が深刻な問題であるという指摘もあり、薄膜の熱物性の把握が必要不可欠である。
本研究で開発した熱波顕微鏡による透明膜の熱拡散率推定は、これまで評価することが困難であった透明膜の熱拡散率を大気中で簡単に測定できる利点を有する。使用するレーザ光の出力も10 mW 以下と極めて低出力であり、将来的には生産現場での製品検査にも使える装置となり得ると考えている。